(57)【要約】  本発明は、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための装置に関する。物体の関心領域の位相コントラストＸ線像データを提供すること（２１０）が説明される。物体の関心領域の減弱Ｘ線像データがさらに提供される（２２０）。位相コントラストＸ線像データから、第１の基礎データセットが生成される（２３０）。位相コントラストＸ線像データと減弱Ｘ線像データとから、第２の基礎データセットが生成される（２４０）。
2019537482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための装置であって、前記装置が、
入力ユニットと、
処理ユニットと、
を備え、
前記入力ユニットが、物体の関心領域の位相コントラストＸ線像データを前記処理ユニットに提供し、
前記入力ユニットが、前記物体の前記関心領域の減弱Ｘ線像データを前記処理ユニットに提供し、
前記処理ユニットが、２つの基礎データセットを含む前記多エネルギーデータを生成し、
前記処理ユニットが、前記位相コントラストＸ線像データから第１の基礎データセットを生成し、
前記処理ユニットが、前記位相コントラストＸ線像データと前記減弱Ｘ線像データとから第２の基礎データセットを生成し、
前記第２の基礎データセットの生成が、前記第１の基礎データセットの使用を有する、
装置。
【請求項２】
前記第１の基礎データセットが、コンプトンデータを含み、前記コンプトンデータが、コンプトン散乱総減弱係数データに対応しており、前記第２の基礎データセットが、光電データを含み、前記光電データが、光電総減弱係数データに対応している、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
像位置における前記位相コントラストＸ線像データがその前記像位置における第１の基礎データに比例することに基づいて、前記処理ユニットが、前記位相コントラストＸ線像データから前記第１の基礎データセットを生成する、
請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記位相コントラストＸ線像データを獲得するために使用されるディテクターのスペクトルディテクター感度が、前記減弱Ｘ線像データを獲得するために使用されるディテクターのスペクトルディテクター感度と同じであり、ベースライン強度信号は、前記物体が存在しないときに前記ディテクターにおいて検出された信号に関係しており、前記位相コントラストＸ線像データの獲得中に使用されるＸ線源のスペクトルが、前記減弱Ｘ線像データの獲得中に使用されるＸ線源のスペクトルと同じであり、前記第２の基礎データセットの生成が、前記ディテクターの前記スペクトルディテクター感度、及び、前記Ｘ線源の前記ベースライン強度信号及び前記スペクトルの使用を有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第２の基礎データセットの生成が、前記第１の基礎データセットのデータに関係したエネルギー依存性と、前記第２の基礎データセットのデータに関係したエネルギー依存性との使用を有する、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記位相コントラストＸ線像データを獲得するために使用される前記ディテクターが、前記減弱Ｘ線像データを獲得するために使用される前記ディテクターと同じであり、前記位相コントラストＸ線像データの獲得中に使用される前記Ｘ線源が、前記減弱Ｘ線像データの獲得中に使用される前記Ｘ線源と同じである、
請求項４又は請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記減弱Ｘ線像データが、スペクトル像データを含む、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記処理ユニットが、前記スペクトル像データを少なくとも１つの基礎像に分解し、前記少なくとも１つの基礎像が、第１の基礎データセット像を含む、
請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記位相コントラストＸ線像データと前記減弱Ｘ線像データとが、同時に獲得された、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記処理ユニットが、前記第１の基礎データセットと前記第２の基礎データセットとに基づいて、多エネルギー及び／又はデュアルエネルギー情報を生成し、前記多エネルギー及び／又はデュアルエネルギー情報が、前記物体の前記関心領域の少なくとも１つの像を含む、
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するためのシステムであって、前記システムが、
少なくとも１つの像獲得ユニットと、
位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の装置と、
出力ユニットと、
を備え、
前記少なくとも１つの像獲得ユニットが、位相コントラストＸ線像を獲得し、及び、減弱Ｘ線像を獲得し、
前記出力ユニットが、第１の基礎データセットと第２の基礎データセットとに基づいて、多エネルギー及び／又はデュアルエネルギー情報を出力する、
システム。
【請求項１２】
ａ）物体の関心領域の位相コントラストＸ線像データを提供するステップと、
ｂ）前記物体の前記関心領域の減弱Ｘ線像データを提供するステップと、
ｃ）前記位相コントラストＸ線像データから第１の基礎データセットを生成するステップと、
ｄ）前記位相コントラストＸ線像データと前記減弱Ｘ線像データとから第２の基礎データセットを生成するステップであって、当該ステップｄ）が、前記第１の基礎データセットを使用するステップを有する、前記第２の基礎データセットを生成するステップと、
を有する、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための方法。
【請求項１３】
プロセッサにより実行されたとき、請求項１２に記載の方法を行う、
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の装置又は請求項１１に記載のシステムを制御するためのコンピュータプログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のコンピュータプログラムを記憶した、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための装置、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するためのシステム、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための方法、及び、コンピュータプログラム要素及びコンピュータ可読媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の全体的な背景技術は、Ｘ線スペクトルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）の分野である。ＣＴシステムでは、Ｘ線源がＸ線放射線を放出する。放出された放射線は、中に位置する対象者又は物体を含む検査領域を横断し、Ｘ線源の反対側にあるディテクターアレイにより検出される。ディテクターアレイは、検査領域及び対象者を横断する放射線を検出し、投影データ、例えば生のディテクターデータ又は投影像を生成する。再現器が、投影データを処理して、対象者又は物体のボリュメトリック像を再現する。Ｘ線スペクトルＣＴは、従来のＣＴシステムの能力を拡張する像形成モダリティである。スペクトルＣＴの特定の構成であるデュアルエネルギー（ＤＥ）ＣＴは、２つの光子エネルギーにおいて獲得された２つの減弱値を使用して、物質の質量減弱係数からなる光電的な、及びコンプトン的な寄与を明らかにすることにより、その光電的な、及びコンプトン的な寄与の値により未知の物質を識別する。このスキームは、診断エネルギー範囲の平均値に近いｋエッジエネルギーをもつヨウ素などの物質に特に適切に作用する。２つの基底関数の任意の２つの線形に独立した和が減弱係数空間全体にわたって広がるので、任意の物質は、２つの他の物質、いわゆる基礎物質、例えば水及びヨウ素の線形結合により表され得る。基礎物質像は、単色像、物質打ち消し像、実効原子番号像、及び、電子密度像などの新しい用途を提供する。デュアルソース高速ｋＶｐスイッチング、及びデュアルレイヤーディテクター構成などの、デュアルエネルギーＣＴ獲得を実施するためのいくつかのアプローチが存在する。加えて、定量的像形成は、医療像形成コミュニティにおける現在の主な傾向のうちの１つである。追加的なスペクトル情報が、走査される物体及びその物質組成に関して測定され得る定量的な情報を改善するので、スペクトルＣＴはこの傾向をサポートしている。
【０００３】
しかし、このようなＸ線スペクトルデータは直接的にアクセス可能ではない場合があり、結果として得られるコンプトン的な及び光電的な基礎データセットにおけるノイズレベルが改善されることを必要とし、及び／又は、例えば３つの別々の異なる物質の像として像の可視化を行うために、多エネルギーデータなどの拡張されたデュアルエネルギーデータを提供する必要がある。
【０００４】
ＵＳ２０１５／０１０３９７０Ａ１は、従来のｘ線減弱データからｘ線位相コントラスト像を生成するためのシステム及び方法を説明する。あるｘ線エネルギー範囲にわたって生成されたＸ線減弱係数が、校正定数までｘ線位相信号を演算するために使用される。この校正定数は、提供された校正データから演算され、校正データは、校正用疑似物体の屈折率の低下を測定する専用のｘ線差動位相コントラスト像形成システムを使用して取得され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
改善された多エネルギーデータを生成するための装置を提供することが有益である。
【０００６】
本発明の目的は独立請求項の主題により解決され、さらなる実施形態が従属請求項に組み込まれる。本発明の後述の態様及び例は、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための装置、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するためのシステム、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための方法、及びコンピュータプログラム要素及びコンピュータ可読媒体にも適用されることが留意されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様において、
−  入力ユニットと、
−  処理ユニットと、
を備える、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための装置が提供される。
【０００８】
入力ユニットは、物体の関心領域の位相コントラストＸ線像データを処理ユニットに提供するように構成されている。入力ユニットは、物体の関心領域の減弱Ｘ線像データを処理ユニットに提供するようにさらに構成されている。処理ユニットは、２つの基礎データセットを含む多エネルギーデータを生成するように構成されている。処理ユニットは、位相コントラストＸ線像データから第１の基礎データセットを生成するように構成されている。処理ユニットは、位相コントラストＸ線像データと減弱Ｘ線像データとから第２の基礎データセットを生成するようにさらに構成されている。
【０００９】
言い換えると、例えば差動位相コントラスト像形成（ＤＰＣＩ）システムにより獲得された、物体の位相コントラスト像形成データが、同じ物体の減弱像データとともに使用されて、その物体に対する多エネルギーデータの２つの基礎セットを提供し得る。２つの基礎セットは、コンプトンデータ及び光電データなどのデータであるか、又は水及びヨウ素などの２つの物質に対するデータセットであり得る。コンプトン、光電、水、ヨウ素といった基礎セットは、「基本物質」とみなされ得、実際の物質に関係している必要はなく、仮想的な物質ともみなされ得る。しかし、物体の関心領域は、従って、多エネルギー領域において表され得、例えば、水のもの及びヨウ素のもの、又は、コンプトン散乱のもの及び光電減弱のものなどの２つの像として表される。その物体に対する多エネルギーデータは、スペクトル的に分解された像データに基づいて、以前は生成され得るだけであり、後で、コンプトン散乱像及び光電減弱像、又は、水及びヨウ素などの他の基礎物質セットに分解された。
【００１０】
これについて別の表現をすれば、多エネルギー情報は、位相コントラスト像から取得される。
【００１１】
この手法により、デュアルエネルギー（ＤＥ）又は多エネルギー（ＭＥ）情報が、ＤＰＣＩ獲得から生成され得る。
【００１２】
このように、減弱像は、非エネルギー感応性であり得るが、位相コントラストデータと組み合わされて多エネルギーデータが生成され得る。しかし、減弱データが、スペクトル的に分解されたＤＥ又はＭＥの測定又は獲得により獲得されたものなどのエネルギー感応性獲得に関係する場合、位相コントラスト像データは、位相コントラストデータから（又は、位相コントラストデータを使用して）取得されたコンプトン散乱吸収データを使用してＤＥ又はＭＥデータの物質の分解を強化するために、及び、同様に、水及びヨウ素などの他の基礎セットを強化するために使用され得る。これは、コンプトン散乱データのノイズの改善、及び光電データのノイズの改善につながる。さらに、位相コントラストデータ及び多エネルギー減弱データを含むことは、３つの基本物質の基礎セットの生成を可能にする。減弱データは、通常、２つの基本物質基礎セットを生成するために使用されるだけであり得る。
【００１３】
従って、以前に獲得されたデータが位相コントラストデータの使用を通して多エネルギーデータを提供するように処理され得るか、又は多エネルギーデータが、適切な獲得システムから獲得された後に処理されるデータからリアルタイムで生成される。
【００１４】
一例において、第１の基礎データセットは、コンプトンデータを含む。コンプトンデータは、コンプトン散乱総減弱係数データに対応する。次に、第２の基礎データセットは、光電データを含み得る。光電データは、光電総減弱係数データに対応する。
【００１５】
言い換えると、例えば、差動位相コントラスト像形成（ＤＰＣＩ）システムにより獲得された物体の位相コントラスト像形成データが、以前は、後でコンプトン散乱像と光電減弱像とに分解されるスペクトル的に分解された像データに基づいて生成され得るだけであったその物体に対するコンプトンデータ及び光電データを提供するために、同じ物体の減弱像データとともに使用され得る。
【００１６】
これについて別の表現をすれば、多エネルギー情報が位相コントラスト像から取得される。
【００１７】
減弱像がスペクトル的に分解されたＤＥ又はＭＥの測定物又は獲得物である場合、位相コントラスト像データが、位相コントラストデータから（又は、位相コントラストデータを使用して）取得されたコンプトン散乱吸収データを使用してＤＥ又はＭＥデータの物質の分解を強化するために使用され得る。これは、コンプトン散乱データのノイズの改善及び光電減弱データのノイズの改善につながる。
【００１８】
一例において、処理ユニットは、像位置における位相コントラストＸ線像データがその像位置における第１の基礎データに比例することに基づいて、位相コントラストＸ線像データから第１の基礎データセットを生成する。
【００１９】
第１の態様において、第２の基礎データセットの生成は、第１の基礎データセットの使用を有する。
【００２０】
言い換えると、第１の基礎データセットを計算しておくことで、総減弱を含む第１のデータセットが第２の基礎データセットを計算するために使用され得る。
【００２１】
一例において、位相コントラストＸ線像データを獲得するために使用されるディテクターのスペクトルディテクター感度は、減弱Ｘ線像データを獲得するために使用されるディテクターのスペクトルディテクター感度と同じである。従って、ベースライン強度信号は、物体が存在しないときにディテクターにおいて検出された信号に関係する。この例において、位相コントラストＸ線像データの獲得中に使用されるＸ線源のスペクトルは、減弱Ｘ線像データの獲得中に使用されるＸ線源のスペクトルと同じである。従って、第２の基礎データセットの生成は、ディテクターのスペクトルディテクター感度、及び、Ｘ線源のベースライン強度信号及びスペクトルの使用を有する。
【００２２】
言い換えると、ＤＥ又はＭＥデータの物質の分解において通常使用される情報は、第２の基礎データセットを決定することと逆の手法で使用される。
【００２３】
従って、ディテクターのスペクトル感度が知られており、Ｘ線源のスペクトルが知られている限り、位相コントラストデータを獲得するために使用されるディテクターとＸ線源とのペアが、減弱データを獲得するために使用されるディテクターとＸ線源とのペアと同じである必要はない。
【００２４】
一例において、第２の基礎データセットの生成は、第１の基礎データセットのデータに関係したエネルギー依存性、及び第２の基礎データセットのデータに関係したエネルギー依存性の使用を有する。
【００２５】
一例において、位相コントラストＸ線像データを獲得するために使用されるディテクターは、減弱Ｘ線像データを獲得するために使用されるディテクターと同じである。この例において、位相コントラストＸ線像データの獲得中に使用されるＸ線源は、減弱Ｘ線像データの獲得中に使用されるＸ線源と同じである。
【００２６】
従って、位相コントラストデータを獲得するために使用されるものと同じディテクターとＸ線源とのペアは、減弱データを獲得するために使用されるものと同じである。
【００２７】
一例において、減弱Ｘ線像データは、スペクトル像データを含む。
【００２８】
このように、コンプトン散乱像及び光電像などの基礎セットを生成するためのＤＥ又はＭＥデータの物質の分解は、位相コントラスト像データを使用して獲得されたコンプトン散乱データを使用して強化され得る。
【００２９】
従って、スペクトル減弱データから通常なされ得る２つの基本物質の生成ではなく、３つの「基本物質」の基礎物質セットが生成され得る。これは、位相コントラストデータの使用を通して可能にされる。
【００３０】
一例において、処理ユニットは、スペクトル像データを少なくとも１つの基礎像に分解するように構成されており、少なくとも１つの基礎像は、第１の基礎データセット像を含む。
【００３１】
一例において、位相コントラストＸ線像データと減弱Ｘ線像データとが同時に獲得された。
【００３２】
言い換えると、位相コントラスト像を生成するために調査される物体を通る送信されたビームは、同時に、減弱像を生成するために使用され得る。そして、これら位相コントラスト及び減弱データは、多エネルギー情報を生成するために処理され得る。
【００３３】
この手法により、減弱像と位相コントラスト像との間に直接的な対応が存在し、それにより、位相コントラストデータ及び減弱データからの第２の基礎データセットの生成（例えば、位相コントラストデータ及び減弱データから光電データを生成すること）を円滑化する。
【００３４】
一例において、処理ユニットは、第１の基礎データセットと第２の基礎データセットとに基づいて、多エネルギー及び／又はデュアルエネルギー情報を生成するように構成されている。本情報は、物体の関心領域の少なくとも１つの像を含み得る。
【００３５】
言い換えると、位相コントラスト像データは減弱像データとともに、通常スペクトル的に分解されたデータの獲得、及び、そのスペクトル的に分解されたデータの分解を使用して生成されることが要求される基礎セット像（例えば、コンプトン散乱像及び光電減弱像、又は、例えば、ある物質の像及び第２の物質の像）を提供するために使用され得る。しかし、この場合、この等価データは、減弱像及び位相コントラスト像から生成され得る。
【００３６】
第２の態様において、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するためのシステムが提供され、本システムは、
−  少なくとも１つの像獲得ユニットと、
−  第１の態様による位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための装置と、
−  出力ユニットと、
を備える。
【００３７】
少なくとも１つの像獲得ユニットは、位相コントラストＸ線像を獲得するように、及び、減弱Ｘ線像を獲得するように構成された。出力ユニットは、第１の基礎データセットと第２の基礎データセットとに基づいて、多エネルギー及び／又はデュアルエネルギー情報を出力するように構成されている。
【００３８】
第３の態様において、
ａ）物体の関心領域の位相コントラストＸ線像データを提供することと、
ｂ）物体の関心領域の減弱Ｘ線像データを提供することと、
ｃ）位相コントラストＸ線像データから第１の基礎データセットを生成することと、
ｄ）位相コントラストＸ線像データと減弱Ｘ線像データとから第２の基礎データセットを生成することと、
を有する、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための方法が提供される。
【００３９】
別の一態様によると、コンピュータプログラム要素が処理ユニットにより実行されたとき、上述のように方法ステップを実施するように適応される上述のように装置を制御するコンピュータプログラム要素が提供される。
【００４０】
別の一態様によると、上述のように記憶されたコンピュータ要素を含むコンピュータ可読媒体が提供される。
【００４１】
有益なことに、上述の態様のうちの任意の態様により提供される利点は、他の態様のすべてに等しく適用され、逆も同様である。
【００４２】
上述の態様及び例は、以下で説明される実施形態から明らかとなり、以下で説明される実施形態を参照しながら説明される。
【００４３】
以下の図面を参照しながら、例示的な実施形態が以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための装置の一例の概略設計を示す図である。
【図２】図２は、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するためのシステムの一例の概略設計を示す図である。
【図３】図３は、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための方法を示す図である。
【図４−５】図４及び図５は、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するためのシステムの例の概略設計を示す図である。
【図６】図６は、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するためのシステムの一例の概略設計を示す図である。
【図７】図７は、デュアルエネルギーディテクターの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１は、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための装置１０の一例を示す。装置１０は、入力ユニット２０と処理ユニット３０とを備える。入力ユニット２０は、有線通信又は無線通信を介して、物体の関心領域の位相コントラストＸ線像データを処理ユニット３０に提供するように構成されている。入力ユニット２０は、物体の関心領域の減弱Ｘ線像データを、同様に有線通信又は無線通信を介して処理ユニット３０に提供するようにさらに構成されている。処理ユニット３０は、２つの基礎データセットを含む多エネルギーデータを生成するように構成されている。これを実行するために、処理ユニット３０は、位相コントラストＸ線像データから第１の基礎データセットを生成するように構成されている。処理ユニット３０は、位相コントラストＸ線像データと減弱Ｘ線像データとから第２の基礎データセットを生成するようにさらに構成されている。
【００４６】
一例において、Ｘ線減弱像は、放射線撮影像である。
【００４７】
一例において、Ｘ線減弱像は、脈管造影像である。
【００４８】
一例において、処理ユニットは、位相コントラストＸ線像データを減弱Ｘ線像データに重ね合わせるように構成されている。位相コントラストＸ線像データを減弱Ｘ線像データ像に重ね合わせることにより、異なる時点で、さらには異なる獲得システムにより獲得された体の部位の位相コントラスト像及び減弱像が、効果的に分析され得、位相コントラスト像における領域が減弱像における等価な領域にマッチングされることを可能にする。これが、位相コントラストデータ（又は、他の基本物質セット）及び減弱データからの光電データの生成を円滑化する。
【００４９】
一例において、重ね合わせることは、患者の心周期及び／又は呼吸周期を説明する。
【００５０】
一例において、重ね合わせることは、減弱像の関心領域及び／又は位相コントラスト像の関心領域をワーピングするステップを有する。
【００５１】
一例において、減弱像データの獲得は、位相コントラスト像データの獲得のために使用される角度と同じ角度で実施される。例えば、両方の獲得が同じＣアーム角度を使用して実施される。これは、像を位置合わせすることを簡単にする。
【００５２】
一例において、位置合わせすることは、位相コントラスト像の関心領域に対する減弱像の関心領域の空間マッチングをもたらす。
【００５３】
一例において、位相コントラスト像を減弱Ｘ線像に重ね合わせることは、セグメント分け手順の適用を有する。
【００５４】
一例において、処理ユニットは、位相コントラストＸ線像における等価な位置に基づいて、Ｘ線減弱像における位置を特定するように構成されている。これは、位相コントラストデータ及び減弱データからの第２の基礎データセット（例えば光電データ）の生成を円滑化することに役立つ。一例において、位置を特定することは、セグメント分け手順の適用を有する。
【００５５】
一例において、装置は、出力ユニット４０を備える。出力ユニット４０は、第１の基礎データセットと第２の基礎データセットと（例えばコンプトンデータと光電データと）に基づいて、多エネルギー及び／又はデュアルエネルギー情報を出力するように構成されている。
【００５６】
一例によると、第１の基礎データセットはコンプトンデータを含み、コンプトンデータは、コンプトン散乱総減弱係数データに対応する。次に、第２の基礎データセットは光電データを含み得、光電データは、光電総減弱係数データに対応する。
【００５７】
一例によると、処理ユニット３０は、像位置における位相コントラストＸ線像データがその像位置における第１の基礎データに比例することに基づいて、位相コントラストＸ線像データから第１の基礎データセットを生成するように構成されている。
【００５８】
一例において、処理ユニット３０は、像位置における位相コントラストＸ線像データがその像位置におけるコンプトン散乱総減弱係数データに比例することに基づいて、位相コントラストＸ線像データからコンプトンデータを生成するように構成されている。
【００５９】
言い換えると、位相コントラストシグネチャがコンプトン散乱に比例する電子密度に比例するという知識情報が使用される。
【００６０】
一例によると、第２の基礎データセットの生成は、第１の基礎データセットの使用を有する。
【００６１】
一例において、光電データの生成は、コンプトンデータの使用を有する。
【００６２】
言い換えると、総減弱とコンプトン散乱吸収とを使用して、光電吸収が計算され得る。
【００６３】
一例によると、位相コントラストＸ線像データを獲得するために使用されるディテクター５０のスペクトルディテクター感度は、減弱Ｘ線像データを獲得するために使用されるディテクター５０のスペクトルディテクター感度と同じである。次に、物体が存在しないときにディテクター５０において、又は、ディテクター５０から検出された信号に関係したベースライン強度信号が特定又は規定され得る。この例において、位相コントラストＸ線像データの獲得中に使用されるＸ線源６０のスペクトルは、減弱Ｘ線像データの獲得中に使用されるＸ線源６０のスペクトルと同じである。次に、第２の基礎データセットの生成は、ディテクター５０のスペクトルディテクター感度、及び、Ｘ線源６０のベースライン強度信号及びスペクトルの使用を有する。本例において、１つのディテクター５０のみ、又は２つのディテクター５０が存在し得、及び、２つのＸ線源６０又は１つのＸ線源６０のみが存在し得る。
【００６４】
一例において、光電データの生成は、ディテクターのスペクトルディテクター感度、及び、Ｘ線源のベースライン強度信号及びスペクトルの使用を有する。
【００６５】
言い換えると、ＤＥ又はＭＥデータの物質の分解において通常使用される情報は、光電吸収を特定することと逆の手法で使用される。
【００６６】
一例によると、第２の基礎データセットの生成は、第１の基礎データセットのデータに関係したエネルギー依存性及び第２の基礎データセットのデータに関係したエネルギー依存性の使用を有する。
【００６７】
一例において、光電データの生成は、コンプトン散乱効果のエネルギー依存性及び光電減弱効果のエネルギー依存性の使用を有する。
【００６８】
一例によると、位相コントラストＸ線像データを獲得するために使用されるディテクター５０は、減弱Ｘ線像データを獲得するために使用されるディテクター５０と同じである。一例において、位相コントラストＸ線像データの獲得中に使用されるＸ線源６０は、減弱Ｘ線像データの獲得中に使用されるＸ線源６０と同じである。
【００６９】
一例によると、減弱Ｘ線像データはスペクトル像データを含む。
【００７０】
一例において、スペクトル像データは、ＤＥ又はＭＥ像データを含む。一例において、スペクトル像データは、デュアル層ディテクターアレイなどのスペクトル分解ディテクターを使用して獲得される。
【００７１】
一例によると、処理ユニット３０は、スペクトル像データを少なくとも１つの基礎像に分解するように構成されている。さらに、少なくとも１つの基礎像が、第１の基礎データセット像を含み得る。
【００７２】
一例において、処理ユニット３０は、スペクトル像データを少なくとも１つの基礎像に分解するように構成されており、少なくとも１つの基礎像が、第２の基礎データセット像を含み得る。
【００７３】
一例において、処理ユニット３０は、スペクトル像データを少なくとも１つの基礎像に分解するように構成されており、少なくとも１つの基礎像が、コンプトン減弱係数像を含み得る。
【００７４】
一例において、処理ユニットは、スペクトル像データをコンプトン減弱係数像及び光電減弱係数像に分解するように構成されている。
【００７５】
一例によると、位相コントラストＸ線像データ及び減弱Ｘ線像データは同時に獲得された。
【００７６】
一例によると、処理ユニットは第１の基礎データセットと第２の基礎データセットとに基づいて多エネルギー及び／又はデュアルエネルギー情報を生成するように構成されている。さらに、多エネルギー及び／又はデュアルエネルギー情報は、物体の関心領域の少なくとも１つの像を含み得る。
【００７７】
一例において、処理ユニットは、コンプトンデータ及び光電データに基づいて、多エネルギー及び／又はデュアルエネルギー情報を生成するように構成されている。多エネルギー及び／又はデュアルエネルギー情報は、物体の関心領域の少なくとも１つの像を含み得る。
【００７８】
図２は、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するためのシステム１００の一例を示す。システム１００は、少なくとも１つの像獲得ユニット１１０と、図１を参照して説明される位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための装置１０とを備える。システム１００は、出力ユニット１２０をさらに備える。少なくとも１つの像獲得ユニット１１０は、位相コントラストＸ線像を獲得するように、及び減弱Ｘ線像を獲得するように構成されている。出力ユニット１２０は、第１の基礎データセットと第２の基礎データセットとに基づいて、多エネルギー及び／又はデュアルエネルギー情報を出力するように構成されている。
【００７９】
一例において、少なくとも１つの像獲得ユニット１２０が、位相コントラストＸ線像と減弱Ｘ線像とを有線又は無線通信を介して入力ユニット２０に提供する。一例において、少なくとも１つの像獲得ユニット１２０が、入力ユニット２０である。一例において、少なくとも１つの像獲得ユニット１２０のうちの１つの像獲得ユニットが、入力ユニット２０である。
【００８０】
一例において、出力ユニットは、コンプトンデータ及び光電データに基づいて、多エネルギー及び／又はデュアルエネルギー情報を出力するように構成されている。
【００８１】
一例において、少なくとも１つの像獲得ユニットが、回折格子ベースの差動位相コントラスト像形成デバイスを備える。一例において、少なくとも１つの像獲得ユニットは、回折格子ベースの差動位相コントラスト及び暗視野Ｘ線像形成デバイスを備える。一例において、少なくとも１つの像獲得ユニットは、干渉計構成部を備える。
【００８２】
一例において、少なくとも１つの像獲得ユニットが、Ｘ線像形成デバイスを備える。例えば、デバイスは、断層撮影配置又はＣＴ配置をとり得る。
【００８３】
一例において、少なくとも１つの像獲得ユニットは、送信された放射線の強度が物体を通した減弱に関する情報を提供する標準的な放射線撮影モードで動作し得る。一例において、少なくとも１つの像獲得ユニットが、差動位相コントラスト像形成（ＤＰＣＩ）モードで動作し得る。一例において、同じ像獲得ユニットが減弱及び位相コントラスト像を獲得するために使用され得る。一例において、同じ像獲得ユニットが、減弱及び暗視野及び位相コントラスト像を獲得するために使用され得る。例えば、ＤＰＣＩ装置の干渉計構成部がＸ線ビーム外に揺動させられて、通常の放射線撮影、減弱、像が獲得され得る。次に、干渉計構成部がＸ線ビーム内に戻るように揺動させられて、暗視野Ｘ線又は位相コントラスト像が獲得され得る。
【００８４】
一例において、少なくとも１つの像獲得ユニットが差動位相コントラスト像形成（ＤＰＣＩ）装置を備える。一例において、少なくとも１つの像獲得ユニットが、検査領域内に物体が存在する状態及び存在しない状態で、Ｘ線の強度値の検出に関係した減弱像を生成する。一例において、少なくとも１つの像獲得ユニットが、検査領域内に物体が存在する状態及び存在しない状態で、Ｘ線の位相の検出に関係した位相コントラスト（又は差動位相）像を生成する。一例において、少なくとも１つの像獲得ユニットが、検査領域内に物体が存在する状態及び存在しない状態で、Ｘ線の干渉縞の視認性の検出に関係した暗視野（又はデコヒーレンス）像を生成する。一例において、少なくとも１つの像獲得ユニットが、これらの像の任意の組み合わせを生成する。例えば、少なくとも１つの像獲得ユニットが、減弱像を生成し、位相コントラスト像を生成し、及び、暗視野像を生成し得る。一例において、減弱像と位相コントラスト像とが同時に生成され得る。一例において、減弱像と位相コントラスト像と暗視野像とが同時に生成され得る。
【００８５】
一例において、干渉計構成部は、タルボ干渉計を含む。一例において、干渉計構成部は、線源により放出されたＸ線に対して、Ｘ線干渉縞としてＸ線ディテクターにより検出可能な干渉パターンを変調するように構成された回折格子を備える。一例において、干渉計構成部は、干渉パターンを分析するように構成された第２の回折格子を備える。一例において、第２の回折格子は、吸収型回折格子である。一例において、２つの回折格子が、検査領域の互いに反対側に配置されている。一例において、２つの回折格子は、検査領域の同じ側に配置されている。一例において、干渉計は、既に説明された１つ又は２つの回折格子に加えて、線源回折格子を備える。この例において、線源回折格子は、Ｘ線源の比較的近くに位置し、線源回折格子後に伝搬するＸ線を部分的にコヒーレントにするように機能する。言い換えると、Ｘ線源は、線源回折格子が存在しない場合よりコヒーレントな放射線を放出するように適応され得る。従って、いくつかの例において、例えばＸ線源が適切にコヒーレントなＸ線を既に生成している場合、線源回折格子は必要とされない。一例において、干渉計構成部は、モアレ干渉縞を生成するように構成されている。一例において、ディテクターエリア内にいくつかの干渉縞が存在するように、干渉計構成部が意図的に離調される。一例において、干渉計構成部は第１の回折格子を第２の回折格子に対して小角をなして傾斜させることにより、意図的に離調される。一例において、離調することは、ディテクターにおけるモアレ干渉縞の生成をもたらす。
【００８６】
一例において、干渉計構成部は、適切なフレーム又はケージ内で相互に固定して搭載された２つの回折格子を備え、このフレームは、走査アーム又は他の可動なガントリー構造物内に固定して配置されている。言い換えると、装置がＤＰＣＩモードと従来の放射線撮影モードとの両方で動作させられ得るように、干渉計構成部がＸ線ビーム内に、及びＸ線ビーム外に揺動させられ得る。ＤＰＣＩモードにおいて、物体の少なくとも一部が走査されるように、アームが並進移動又は回転させられ得る。
【００８７】
一例において、出力ユニットは、吸収（又は減弱）像を出力する。一例において、出力ユニットは、位相コントラスト（又は差動位相）像を出力する。一例において、出力ユニット暗視野像を出力する。一例において、出力ユニットは、減弱像、位相コントラスト像、及び暗視野像の任意の組み合わせを出力する。言い換えると、出力ユニットは、減弱像と位相コントラスト像とを同時に出力し得、別の一例において３種類の像のすべてを同時に出力し得る。一例において、出力ユニットは、視覚ディスプレイユニットなどのモニターに、又は多くの別々のモニターに物体を表すデータを出力する。例えば、減弱像、位相コントラスト像、及び暗視野像が、単一のモニターに提示され、又は別々のモニターに提示され得る。
【００８８】
一例において、出力ユニットは、コンプトンデータ及び光電データを出力する。一例において、出力ユニットは、コンプトンデータにより表される像を出力する。一例において、出力ユニットは、光電データにより表される像を出力する。言い換えると、位相コントラスト像形成データ及び減弱像形成データは、通常、多エネルギーのスペクトル分解システムから獲得された等価な基礎セット像を生成するために使用され得、多エネルギーのスペクトル分解システムからのこのようなデータは、例えばコンプトン散乱像及び光電減弱像に分解される。しかし、本例においてＤＰＣＩシステムにおいて同時に獲得され得る位相コントラスト像及び減弱像は、等価なコンプトン散乱像及び光電減弱像（又は、他の基礎セットデータ又は像）を生成するために使用される。
【００８９】
一例において、システムは、病院などの臨床環境における有用な用途をもつ。一例において、システムは、患者の診療のためのマンモグラフィー、診断放射線医学、及び介入型放射線医学のために使用され得る。一例において、システムは、産業環境において、例えば非破壊試験（例えば、生体サンプル及び非生体サンプルの組成、構造、及び／又は、質に関する分析）、及び、セキュリティー走査（例えば、空港における手荷物の走査）において有用な用途をもつ。本装置及び後述の方法には、この用途への適用可能性もある。
【００９０】
一例において、現在の走査アーム位置において生成された干渉縞パターンは、視認性又は平均視認性を特定するために使用され、同時に、そのアーム位置におけるＸ線放射線の送信強度を特定するために使用される。言い換えると、減弱像は、位相コントラスト像と同時に獲得され得、さらに必要な場合には、暗視野像が同時に獲得され得る。
【００９１】
一例において、Ｃアームシステムなどの像獲得ユニットが、減弱像を獲得するために使用され、ＤＰＣＩシステムなどの異なる像獲得ユニットが、位相コントラスト像を獲得するために使用される。一例において、Ｃアームシステムなどの像獲得ユニットが、減弱像を獲得するために使用され、ＤＰＣＩシステムなどの異なる像獲得ユニットが、位相コントラスト像を獲得するために使用される。ＤＰＣＩシステムは、必要な場合、暗視野像をさらに獲得し得る。
【００９２】
一例において、物体は、体又は体の部位である。一例において、物体は、手荷物であるか、若しくは、手荷物の一部であるか、又は、手荷物及びその手荷物の内容物である。一例において、物体は、産業デバイス又は機械部品の一部である。
【００９３】
図３は、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための方法２００をその基本ステップとして示す。方法２００は、
ステップａ）とも呼ばれる提供するステップ２１０において、物体の関心領域の位相コントラストＸ線像データを提供することと、
ステップｂ）とも呼ばれる提供するステップ２２０において、物体の関心領域の減弱Ｘ線像データを提供することと、
ステップｃ）とも呼ばれる生成するステップ２３０において、位相コントラストＸ線像データから第１の基礎データセットを生成することと、
ステップｄ）とも呼ばれる生成するステップ２４０において、位相コントラストＸ線像データと減弱Ｘ線像データとから第２の基礎データセットを生成することとを有し、ステップｄ）は、第１の基礎データセットを使用することを有する。
【００９４】
一例において、ステップｃ）は、位相コントラストＸ線像データからコンプトンデータを生成することを有し、コンプトンデータは、コンプトン散乱総減弱係数データに対応する。
【００９５】
一例において、ステップｄ）は、位相コントラストＸ線像データと減弱Ｘ線像データとから光電データを生成することを有し、光電データは、光電総減弱係数データに対応する。
【００９６】
一例において、ステップａ）において、入力ユニット２０は、処理ユニット３０に位相コントラストＸ線像データを提供する。
【００９７】
一例において、ステップｂ）において、入力ユニットが、処理ユニットに減弱Ｘ線像データを提供する。
【００９８】
一例において、ステップｃ）において、生成することは、処理ユニットにより行われる。
【００９９】
一例において、ステップｄ）において、生成することは、処理ユニットにより行われる。
【０１００】
一例において、ステップｃ）は、像位置における位相コントラストＸ線像データが、その像位置における第１の基礎データセットのデータに比例することに基づいて、第１の基礎データセットを生成することを有する。
【０１０１】
一例において、ステップｃ）は、像位置における位相コントラストＸ線像データが、その像位置におけるコンプトン散乱総減弱係数データに比例することに基づいて、コンプトンデータを生成することを有する。
【０１０２】
一例において、ステップｄ）は、第１の基礎データセットを使用することを有する。
【０１０３】
一例において、ステップｄ）は、コンプトンデータを使用することを有する。
【０１０４】
一例において、位相コントラストＸ線像データを獲得するために使用されるディテクターのスペクトルディテクター感度は、減弱Ｘ線像データを獲得するために使用されるディテクターのスペクトルディテクター感度と同じであり、ベースライン強度信号は、物体が存在しないときにディテクターにおいて検出された信号に関係しており、位相コントラストＸ線像データの獲得中に使用されるＸ線源のスペクトルは、減弱Ｘ線像データの獲得中に使用されるＸ線源のスペクトルと同じであり、ステップｄ）は、さらに、ディテクターのスペクトルディテクター感度、及び、Ｘ線源のベースライン強度信号及びスペクトルを使用することを有する。
【０１０５】
一例において、ステップｄ）は、第１の基礎データセットのデータに関係したエネルギー依存性と第２の基礎データセットのデータに関係したエネルギー依存性とを使用することを有する。
【０１０６】
一例において、ステップｄ）は、コンプトン散乱効果のエネルギー依存性と光電減弱効果のエネルギー依存性とを使用することを有する。
【０１０７】
一例において、位相コントラストＸ線像データを獲得するために使用されるディテクターは、減弱Ｘ線像データを獲得するために使用されるディテクターと同じであり、位相コントラストＸ線像データの獲得中に使用されるＸ線源は、減弱Ｘ線像データの獲得中に使用されるＸ線源と同じである。
【０１０８】
一例において、減弱Ｘ線像データは、スペクトル像データを含む。
【０１０９】
一例において、本方法は、スペクトル像データを少なくとも１つの基礎像に分解することを有し、少なくとも１つの基礎像が第１の基礎データセット像を含む。
【０１１０】
一例において、本方法は、スペクトル像データを少なくとも１つの基礎像に分解することを有し、少なくとも１つの基礎像が、第２の基礎データセット像を含む。
【０１１１】
一例において、本方法は、スペクトル像データを少なくとも１つの基礎像に分解することを有し、少なくとも１つの基礎像が、コンプトン減弱係数像を含む。
【０１１２】
一例において、本方法は、スペクトル像データを少なくとも１つの基礎像に分解することを有し、少なくとも１つの基礎像が、光電減弱係数像を含む。
【０１１３】
一例において、位相コントラストＸ線像データと減弱Ｘ線像データとが同時に獲得された。
【０１１４】
以下の詳細な例は、コンプトン散乱及び光電効果との関係において説明されるが、上述のように、他の基本物質セットに対する普遍的な適用可能性が存在する。
【０１１５】
差動位相コントラスト像形成（ＤＰＣＩ）は、回折格子のセットを使用して投影撮像器又はＣＴなどのＸ線像形成セットアップから位相コントラスト情報を取得する新しい像形成方法である。回折格子セットアップは、以下でさらに詳細に説明される。ＤＰＣＩ方法は、典型的には同時に３つの像を生成する。いわゆる暗視野像に加えて、従来の減弱像と位相コントラスト像とが生成される。位相コントラスト像は、物体の局所電子密度に比例する。
【０１１６】
放射線撮影又はＣＴのためのデュアルエネルギー像形成（ＤＥ）及び多エネルギー像形成（ＭＥ）は、異なるスペクトル符号化を使用した複数の像形成チャンネルを使用する。これらのチャンネルの情報は、走査される物体の物質に特有の情報を取得するために、典型的には、物質分解方法を使用して処理される。ＤＥでは、総減弱に関係したコンプトン散乱及び光電効果により作られた寄与分に、データが分解され得る。これら２つの基本は、他の物質像を生成するために後で使用され得る。ＭＥにおいて取得された追加的なスペクトル情報は、高度な分解を可能にし、Ｋエッジ像形成をするために使用され得る。
【０１１７】
言い換えると、上述のようにここで説明される装置、システム、及び方法は、ＤＰＣ獲得からのＤＥ情報又はＭＥ情報の生成を可能にする。
【０１１８】
物体の減弱及び位相コントラスト投影データを使用して、コンプトン効果及び光電吸収が計算され得る。位相コントラストシグネチャは、コンプトン散乱に比例する電子密度に比例する。総減弱及びコンプトン散乱吸収を使用して光電吸収が計算され得る。ＤＥ分解のために使用される順モデルは通常、
【数１】
2019537482.tif 000003
である。
【０１１９】
ここで、Ｉは想定される検出されるＸ線の強度の信号であり、Ｉ０は物体が存在しない状態でのその信号であり、Ｒ（Ｅ）はＸ線源のスペクトルであり、Ｄ（Ｅ）はスペクトルディテクター感度であり、Ａ０及びＡ１はコンプトン散乱及び光電吸収の寄与分であり、ｆ０及びｆ１は２つの効果のエネルギー依存性である。像形成デバイスパラメータＩ０、Ｒ（Ｅ）、Ｄ（Ｅ）は、当業者により理解されるように決定され得るか、又は、容易に知られる。上述のように、位相コントラストは、因子ｗを使用してコンプトン散乱Ａ０＝ｗＰに比例する。像形成システムに応じて、強度Ｉは、測定値からを直接抽出され得るか、又は、計算され得る。この時点で、順モデルからＡ１を除くすべてのパラメータが得られ、Ａ１は、この時点で計算され得る。
【０１２０】
上述のように、デュアルエネルギーデータは、減弱データと組み合わされて位相コントラストデータから提供され得る。しかし、減弱データ自体がスペクトル的な内容を含む場合、すなわち、エネルギー感応性（ＤＥ又はＭＥ）の測定が実施された場合、位相コントラストデータから取得された知られたコンプトン散乱吸収を使用して物質の分解を強化するために、同じアイデアが使用され得る。エネルギーチャンネルの総数に１を加えたものが分解における基本物質の数より大きい場合、ノイズ特性を改善するために統計的分解技術が使用され得る。
【０１２１】
概括的には、ｎ＝１…Ｎのスペクトルチャンネルを含む多エネルギー系モデルは、Ｎ個の式のセット、すなわち、
【数２】
2019537482.tif 000004
であり、ここで、基本物質のセットＭが使用される。Ｍは、位相コントラストデータから得られ得る、又は特定され得るコンプトン散乱ベースＡ０ｆ０（Ｅ）を排除し得る。基本物質のセットは、光電効果を含まなければならず、任意選択的に、金又はガドリニウムなどの、獲得スペクトルにおいてＫエッジを含む１つ又は複数の物質を含み得る。従来のＤＥ又はＭＥシステムでは、コンプトン散乱を含むｎ種の基本物質のみが存在する。位相コントラストからコンプトン散乱が入手される場合、基本物質は、この場合、コンプトン散乱を含むｎ＋１種の物質を含み得る。言い換えると、２つの異なる物質として像形成された物体を表すことができるのではなく、この場合、像形成された物体が３つの異なる物質として表され得、より良好な特徴の差別化を可能にする。
【０１２２】
上記の内容に関連して、「基本物質」という用語は、このコンテキストにおいて実際の物質を表すとは限らない。物質は、また、そのスペクトル吸収特性により規定された仮想的な物質（例えば光電効果又はコンプトン散乱）であり得る。軟組織又は骨などの実際の物質は、同一の組み合わされた吸収を含む仮想的な光電効果及びコンプトン物質のセットに分解される。
【０１２３】
従って、要約すると、本技術は、非エネルギー選択的位相コントラスト測定からデュアルエネルギー情報を取得するために使用され得るか、又は、本技術は、多エネルギー位相コントラストシステムモデルにおけるコンプトン効果の基本を位相コントラストにより置換するために使用され得る。これらの両方において、追加的な情報チャンネルを使用してスペクトル分解が可能にされ得るか、又は、改善され得る。
【０１２４】
位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するための装置、システム、及び方法の異なる要素が、図４〜図７に関連して以下でより詳細に説明される。
【０１２５】
図４は、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するためのシステム１００の一例を示し、システム１００は、Ｘ線暗視野及び／又は位相コントラスト像を獲得し得、Ｘ線減弱像をさらに獲得し得る。システムは、物体ＯＢの、又は物体ＯＢにおける吸収の空間分布に対して像形成することが可能であり、さらに、屈折の空間分布に対して像形成（位相コントラスト像形成）することが可能であり、さらに、小角散乱の空間分布に対して像形成（暗視野像形成）することが可能である。本装置は、据置型Ｘ線ディテクターＤ５０にわたって走査され得る回折格子ベースの干渉計ＩＦを含む。この例において、干渉計ＩＦは、２つの回折格子構造物Ｇ１及びＧ２を備えるが、他の例において、（単一の回折格子Ｇ１のみを含む）単一回折格子干渉計が使用される。単一回折格子干渉計ＩＦの特定の場合において、Ｘ線ディテクターＤは、差動位相コントラスト像形成及び／又は暗視野像形成を目的として、回折格子Ｇ１により生成された干渉パターンを検出するために、すなわち適切に分解するために、十分に小さなピッチをもち、従って、十分に大きな空間分解能をもつ。その目的のために、Ｘ線ディテクターは、例えば５０マイクロメートル以上の空間分解能をもつ高分解能Ｘ線ディテクターである。
【０１２６】
図４において、回折格子Ｇ１は、吸収型回折格子又は位相シフト回折格子であるのに対し、Ｇ２は、吸収型格子である。回折格子は、シリコンウエハなどの適切な基材をフォトリソグラフィにより処理することにより製造される。周期的な線形成のパターンが、異なるアスペクト比の溝により形成されたそれらのシリコン「カード」に形成される。線形成パターンは一次元であるが、例えばチェッカー盤パターンをもたらすために二次元であってもよい。
【０１２７】
Ｘ線像形成装置は、Ｘ線源ＸＲ６０とＸ線ディテクターＤ５０とをさらに備える。Ｘ線ディテクターＤは、平面の、又は湾曲した２Ｄ全視野Ｘ線ディテクターであり得る。複数のディテクターピクセルがアレイとして行及び列に配置されて、Ｘ線源により放出されたＸ線放射線を重ね合わせることが可能な２Ｄ  Ｘ線放射線感応面を形成している。
【０１２８】
Ｘ線ディテクターＤとＸ線源とが離隔されて検査領域ＥＲを形成している。検査領域は、像形成される物体ＯＢを収容するように適切に離隔されている。物体は、無生物又は有生物である。例えば物体は、手荷物又は像形成される他のサンプルであるか、又は、医療の場面では、物体は、ヒト又は動物の患者、又は、ヒト又は動物の少なくとも１つの解剖学的部分である。
【０１２９】
干渉計回折格子構造物Ｇ１及びＧ２は、Ｘ線源ＸＲとＸ線ディテクターＤとの間において検査領域ＥＲ内に配置されている。Ｘ線源ＸＲは、焦点スポットＦＳをもち、この焦点スポットＦＳから、Ｘ線放射線ビームが出る。２つ又は３つの回折格子構造物が配置されているのは、焦点スポットＦＳとＸ線ディテクターの放射線感応面との間の空間である。回折格子Ｇ１は位相回折格子であり、回折格子Ｇ２は分析器回折格子である。いくつかの実施形態において、干渉計ＩＦの干渉計回折格子Ｇ１、Ｇ２に加えて、さらに、線源回折格子である回折格子Ｇ０が存在する。
【０１３０】
線源回折格子Ｇ０は、Ｘ線源６０の付近、例えばＸ線管のハウジングの出口窓に配置されている。線源回折格子Ｇ０の機能は、放出された放射線を少なくとも部分的にコヒーレントにすることである。言い換えると、コヒーレントな放射線を生成することが可能なＸ線源が使用される場合、線源回折格子Ｇ０が不要とされ得る。
【０１３１】
動作時、少なくとも部分的にコヒーレントな放射線が、検査領域ＥＲを通り、物体ＯＢと相互作用する。次に、後で回折格子の並びＧ１及びＧ２の動作により抽出され得る放射線に対して、物体が減弱、屈折、及び小角散乱情報を変調する。回折格子Ｇ１、Ｇ２が干渉パターンを誘起し、干渉パターンは、モアレパターンの干渉縞としてＸ線ディテクターＤにおいて検出され得る。検査領域内に物体が存在しない場合でも、通常は校正手順中に捕捉される基準パターンと呼ばれる、Ｘ線ディテクターＤにおいて観測可能な干渉パターンが依然として存在する。これは、特に、例えば２つの回折格子が完全に平行ではないようにわずかな歪みを誘起することにより、２つの回折格子Ｇ１とＧ２との間の相互の空間的関係を調節又は「離調」することにより発生する。この時点で、物体が検査領域内に位置し、及び、説明されるように放射線と相互作用する場合、この場合に、より適切に物体パターンと呼ばれるモアレパターンが、基準パターンの乱されたバージョンであると理解され得る。次に、基準パターンからのこの差が、３つの像（減弱、位相コントラスト、暗視野）のうちの１つ又はすべてを演算するために使用され得る。これは、減弱像が暗視野及び／又は位相コントラスト像と同時に獲得されることで、患者が同じ状態（例えば呼吸又は他の動き）であること、像の重ね合わせがより簡単に作られるので、減弱像における位置を位相コントラスト像における位置に移動させることを可能にし、逆も同様であることを意味する。しかし、回折格子システムが適所から外に揺動させられ得、システムが減弱データを取得するために通常の放射線撮影モードで動作させられる。上述のように、減弱データ及び位相コントラストデータは、コンプトン散乱減弱データ及び光電減弱データなどの多エネルギー情報を生成するために使用され得る。図６及び図７を参照して以下で説明されるように、ディテクターは、非スペクトル分解ディテクターではなく、スペクトル分解ディテクターであり得る。この場合、スペクトル的に分解されたデータが、多エネルギーデータを提供するために分解され得、位相コントラストデータがその処理において、データを強化するために、及び、例えばコンプトン散乱像及び光電減弱像におけるノイズを低減するために使用され得る。
【０１３２】
図４をさらに参照すると、適切な信号を獲得することができてその適切な信号から像が演算され得るように、回折格子の並びＧ１〜Ｇ２により走査運動が実施される。この運動の結果、Ｘ線ディテクターＤの各ピクセルにおいて、一連の強度値が検出される。良好な結果を得るために、モアレパターンの周期が走査運動の方向にそのいくつかの（２つ又は３つの）サイクルにわたって延びるように、回折格子Ｇ１、Ｇ２の離調がなされる。次に、各Ｘ線ディテクターピクセルに対して、一連の強度値が、例えば、屈折、吸収、及び小角散乱のそれぞれの寄与分を導出するために、（正弦）信号順モデルにフィッティングされ得る。この種類の信号処理は、図４に示されないが当業者に知られた信号処理ユニットにおいて行われる。Ｘ線ディテクターＤは、Ｚ軸に沿って延びるように図４に示される光軸ＯＸの任意の所与の配向に対して静止状態に留まる。言い換えると、Ｘ線ディテクターＤは、検査領域内の任意の基準点に対して（少なくとも像獲得動作中に）静止状態に維持される。上述のような干渉計設計物は、一般的にタルボ・ロー干渉計と呼ばれる。Ｇ０とＧ１との間、及びＧ１とＧ２との間の距離は、タルボ距離の要求を満たすように細かく調整されなければならず、さらにタルボ距離は、それぞれの回折格子の「ピッチ」（すなわち、回折格子の形成線の空間周期）の関数である。Ｘ線ディテクターＤに対して干渉計ＩＦを動かすことは、干渉縞のドリフトに起因して干渉縞の分布にわずかな変化をもたらす。しかし、干渉縞のドリフトは、このようなドリフトを基準走査により取得された干渉縞のドリフトに関係させることにより補償され得る。このような基準走査は、Ｘ線像形成装置の設置時に実施されるブランク走査である。
【０１３３】
干渉計ＩＦは、実質的に、適切なフレーム又はケージ内に相互に固定して搭載された２つの回折格子Ｇ１及びＧ２を含む「回折格子パック」であり得、このフレームは、走査アームＧＴ又は他の可動なガントリー構造物（図４に示されない）に固定して配置されている。アーム、及び、アームとともに干渉計ＩＦがＸ線ディテクター面にわたって振り子様運動を実施する。走査アーム運動のための旋回点は、Ｘ線源の焦点スポットＦＳを通って延びているが、必ずそうである必要はない。干渉計ＩＦの回折格子Ｇ１及びＧ２は、走査運動中のすべての時点で、相互に固定された空間的関係に保持されており、Ｇ０に対して実質的に平行に、又は少なくとも固定された空間的関係に留まる。適切な追跡回路（図示されない）が、干渉計位置をＸ線ディテクターピクセル位置に相関させて、各ピクセルに上述の一連の測定値が供給されて干渉パターンを正しくサンプリングすることを確実にするために、読み出しバーストのシーケンスを適時に始動させる。
【０１３４】
図４において、ＸＹ平面は、Ｘ線ディテクターＤにおけるピクセル化方向を指定するＸ，ＹをもつＸ線ディテクタープレーンである。Ｘ線源は、焦点スポットＦＳを通る焦点の周りで回転する。走査アームＧＴ及びＸ線源ＸＲに対する（Ｙ方向に沿って）図４の回転軸ＲＡは、紙面内へと延びている。Ｘ線源を回折格子の並びＧ１、Ｇ２の振り子運動に合わせて回転させることが、フラックスの増加を可能にする。
【０１３５】
図４に示す例において、放射線ビームを回折格子Ｇ１及び／又はＧ２の寸法又は占有領域に一致させるために、前コリメータがＸ線源と物体ＯＢとの間に配置されている。コリメータＰＣは、像獲得中、干渉計ＩＦの振り子運動に合わせて動く。これを達成する１つの手法は、線源回折格子Ｇ０の近くで適切な距離において走査アームＧＴにコリメータを搭載することである。線源回折格子Ｇ０も、回折格子パックＧ１、Ｇ２の揺動走査運動に合わせて動く。これを行う１つの手法は、走査アームに回折格子を搭載することである。散乱防止グリッドＡＳＧが、干渉計とＸ線ディテクター面との間に配置される。
【０１３６】
図４に示す例において、像獲得中、物体、例えば患者、ＯＢが検査テーブル又はカウチ（図４に示されない）上に横たわっていることが想定される。言い換えると患者の長軸が図４のように図面内へと延びているのに対し、（図４においてＹ方向に延びた）患者の長軸が図４の紙面内へと延びた状態で、回折格子Ｇ１、Ｇ２の振り子運動（及びＧ０の振り子運動）が垂直面内で揺動する。
【０１３７】
全域の像、すなわち、走査方向にＸ線ディテクター自体と同じ幅をもつ像が所望される場合、相互に固く搭載された回折格子Ｇ１、Ｇ２が、一方のＸ線ディテクター縁部から反対側のＸ線ディテクター縁部まで全長にわたって動く。しかし、ユーザーがより小さなＦＯＶ（視野）を要求する場合、獲得期間を最小化するために、より小さな走査範囲が使用され得る。
【０１３８】
図５は、Ｘ線像形成獲得中に患者が（直立して）立つことを可能にするように構成された異なる例を示す。この構築物は、胸の像形成に有益である。図５Ａ、図５Ｂは、配置の側面図を示すのに対し、図５Ｃは、Ｘ線源ＸＲに向いた、すなわち光軸ＯＸに沿った、Ｘ線ディテクターＤを通した正面図である。図４と比べると、図５の例における光軸は、９０度ぶん効果的に回転させられている。言い換えると、本例では干渉計ＩＦが上部から底部に、又は、底部から上部に（検査室の床に対して）縦方向に湾曲した走査運動を実施する。これは、動作中における干渉計ＩＦの（下向きの）動きを示す矢印により正面図５Ｃに示される。すべての例において該当するとは限らないが、図５において、この場合、干渉計ＩＦの回折格子Ｇ１、Ｇ２が実質的に、走査運動に直交したＸ線ディテクターの幅と同じ広がりをもつストリップ回折格子として配置されている。この場合も、回折格子Ｇ１、Ｇ２は、単一の長いウエハ又は基材からモノリシックに形成される。しかし、他の実施形態において、ストリップ配置は、タイル状に並べること、すなわち、複数のより小さな個々のモノリシック回折格子モジュールを一緒に連結することにより達成され得る。Ｘ線ディテクターは、検査室の天井からの取り付け具に懸架されるか、又は、床に搭載されたスタンドに搭載される。回折格子Ｇ１及びＧ２は、走査アームＧＴに固く搭載されている。同様に、走査アームＧＴは、床又は天井に搭載されたものであってよい。側面図５Ａ）と５Ｂ）とは、走査アームＧＴが円形の、又は少なくとも弓形の運動により縦走査経路に沿って動くときの、走査アームＧＴの走査運動中における異なる時点を示す。この場合も、すべての実施形態で該当するとは限らないが、線源回折格子Ｇ１は、焦点スポットＦＳの周りで一緒に回転するように配置されている。これを行う１つの手法は、３つの回折格子のすべてが走査アームに配置されて、縦方向の上下運動中に固定の、及び平行な関係を維持するようにすることである。図５において、同時に、又は一緒に動く部品は、走査アームＧＴを表す破線のボックス内に示される。システムは、単に走査アームを回折格子とともにビームの外に動かすことにより、従来の放射線撮影モードで簡単に動作させられ得る。必要な場合、走査アームを単に適所から外に揺動させることにより、走査が利用され得る直前に、標準的な胸部Ｘ線像が獲得され得る。
【０１３９】
図６は、位相コントラスト像形成データから多エネルギーデータを生成するためのシステム１００の一例を示す。この例において、物体は、ヒト又は動物の体の部位であり、全身であり得る。しかし、当業者は、物体が、例えば、空港又は港で検査される手荷物、又は、非破壊試験中に検査されるコンポーネントであり得ることを理解する。システム１００は、Ｘ線コンピュータ断層撮影スキャナなどの像獲得ユニット１１０を含む。システム１００は、スペクトル投影データを生成するように、及び、そのスペクトルデータを基礎セットに分解するように構成されている。図６に示されるシステム１００は、図４及び図５に関係して説明される装置をさらに含み、回折格子ベースの設計物は、減弱データと、さらには暗視野像とともに位相コントラスト像を生成するように構成されている。一例において、図４及び図５との関係でここまでに説明されるように、回折格子ベースのシステムが適所から外に揺動させられ、減弱データが獲得される。次に回折格子ベースのシステムが適所に戻るように揺動させられ、位相コントラストデータが獲得される。別の一例において、回折格子ベースのシステムを使用して位相コントラストデータとともに減弱データが獲得される。次に、減弱データと位相コントラストデータとが、多エネルギー情報を生成するために使用され得る。しかし図７を参照して説明されるように、例えばスペクトル分解ディテクターの使用を通して、減弱データ自体がスペクトル的に分解され得る。次に、位相コントラストデータがコンプトン散乱データを生成するために使用され、コンプトン散乱データは、スペクトル減弱データの分解により生成されたコンプトン散乱及び光電データを強化するために使用される。しかし、当業者により理解されるように、スペクトル的に分解されたデータが、あるシステムにより獲得され得、位相コントラストデータが別のシステムにより獲得されて、強化された多エネルギーデータを提供するために使用され得る。
【０１４０】
図６に示されるシステムをさらに参照すると、像獲得ユニット１１０は、獲得ユニット１１０の中心に示される検査領域を横断する放射線を放出するＸ線管などの１つ又は複数のＸ線源６０を含む。Ｘ線源は、異なる電圧において動作する、及び、場合によっては異なる電圧の間でスイッチングする２つのＸ線源であるか、又は、２つの電圧の間（例えば８０ｋＶと１００ｋＶとの間、又は、１００ｋＶと１２０ｋＶとの間）でスイッチングするＸ線源であり得る。Ｘ線源６０は、あるエネルギー範囲にわたって広帯域のＸ線放射線を放出する源であり得る。Ｘ線源６０の反対側にあるディテクター５０は、検査領域を横断する放射線を検出する。１つ又は複数の源が異なる時点において異なる電圧で動作するとき、ディテクターが各電圧に対する投影データを生成し得るか、又は、エネルギー分解ディテクターは、同時に動作する２つのＸ線源に対する、又は広帯域Ｘ線源に対する異なるエネルギーにおけるスペクトル投影データを同時に獲得するために使用され得る。このようなエネルギー分解デュアル層ディテクターが、図７に示される。患者は、検査領域内に動くテーブル上に横たわり得、１つ又は複数の体の部位の、及び、実際に必要な場合には全身のスペクトル投影データが、生成／獲得され得る。投影データは、少なくとも１つの投影像（少なくとも１つのスペクトルＸ線像）として表され得る。像獲得ユニット内又は別個のワークステーション内に収容された分解ユニットが、少なくとも１つのスペクトルＸ線像又はスペクトルデータを、少なくとも１つの基礎像、例えば、光電減弱像及びコンプトン減弱係数像、水及びヨウ素成分、水及びカルシウム成分、又はアセタールホモポリマー樹脂、例えばＤｅｌｒｉｎ（登録商標）及びスズ成分のような像、及び／又は、他の基礎像に分解する。
【０１４１】
図７は、デュアル層ディテクターアレイを示し、デュアル層ディテクターアレイは、層の異なる実効スペクトル感度によりスペクトル情報を取得するために使用される２つのシンチレーターのスタックであり、そのアレイの１つのピクセルが拡大図に示される。ディテクターピクセルは、一方を他方の上部に重ねてスタックされた２つのシンチレーターから作られており、上部からＸ線が入射される。低エネルギーＸ線が上部シンチレーターに吸収され、吸収が、そのシンチレーターの側部に位置するフォトダイオードにより検出される、より長い波長の放射線の放出をもたらす。底部シンチレーターは、高エネルギーＸ線を吸収し、そのシンチレーターに関係する第２のフォトダイオードにより再放射されたより長い波長の放射線が再度検出される。
【０１４２】
別の例示的な実施形態において、適切なシステムにおいて、先行する実施形態のうちの１つに従った方法のステップを実行するように構成されていることを特徴とするコンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が提供される。
【０１４３】
従って、コンピュータプログラム要素がコンピュータユニットに記憶されてよく、これも一実施形態の一部であってよい。この演算ユニットは、上述の方法のステップを実施するように、又は実施することを誘起するように構成されてよい。さらに、それは、上述の装置及び／又はシステムのコンポーネントを動作させるように構成されてよい。演算ユニットは、自動的に動作するように、及び／又はユーザーの命令を実行するように構成され得る。コンピュータプログラムは、データプロセッサの作業メモリにロードされてよい。従って、データプロセッサは、先行する実施形態のうちの１つに従った方法を実施するように具備されてよい。
【０１４４】
本発明のこの例示的な実施形態は、まさに最初から本発明を使用するコンピュータプログラムと、更新により既存のプログラムを、本発明を使用するプログラムに変換するコンピュータプログラムとの両方をカバーする。
【０１４５】
さらに、コンピュータプログラム要素は、上述のような方法の例示的な実施形態の手順を満たすすべての必要なステップを提供することが可能であってよい。
【０１４６】
本発明のさらなる例示的な実施形態によると、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ可読媒体が提示され、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラム要素を含み、このコンピュータプログラム要素はこれまでのセクションにより説明される。
【０１４７】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一体的に、又は他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体などの適切な媒体に記憶及び／又は分散されてよいが、例えばインターネット又は他の有線又は無線電気通信システムを介して、他の形態で分散されてもよい。
【０１４８】
しかし、コンピュータプログラムは、また、ワールドワイドウェブといったネットワークを通じて提示されてよく、及び、このようなネットワークからデータプロセッサの作業メモリにダウンロードされてよい。本発明のさらなる例示的な実施形態によると、ダウンロードのためにコンピュータプログラム要素を利用可能にする媒体が提供され、このコンピュータプログラム要素は、本発明の上述の実施形態のうちの１つに従った方法を実施するように構成されている。
【０１４９】
本発明の実施形態が異なる主題との関連において説明されることに注意が必要である。特に、いくつかの実施形態が方法形態の請求項に関連して説明されるのに対して、他の実施形態はデバイス形態の請求項を参照しながら説明される。しかし、当業者は、上述の内容と以下の説明とを参照して、別段の記載がない限り、１つの形態の主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて異なる主題に関する特徴間の任意の組み合わせも本出願において開示されるとみなされることを理解する。しかし、すべての特徴が組み合わされて、特徴の単なる足し合わせを上回る相乗効果を提供し得る。
【０１５０】
図面及び上述の説明において本発明が詳細に例示及び説明されるが、このような例示及び説明は例示又は一例とみなされ、限定とはみなされない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する他の変形例が、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の考察により、請求項に記載された発明を実施する当業者により理解及び実現され得る。
【０１５１】
特許請求の範囲において、「備える（含む、有する、もつ）」という用語は、他の要素もステップも排除せず、英語の「ａ」又は「ａｎ」という不定冠詞に対応した表現は、複数を排除しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、特許請求の範囲において列挙されたいくつかの項目の機能を果たしてよい。単に特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されるということは、利点を得るためにこれらの手段の組み合わせが使用不可能なことを示すわけではない。特許請求の範囲における参照符号は、いずれも特許請求の範囲を限定するように解釈されてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ）】
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【図５Ｂ）】
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【図５Ｃ）】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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